JP5042597B2 - Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device - Google Patents

Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device Download PDF

Info

Publication number
JP5042597B2
JP5042597B2 JP2006309974A JP2006309974A JP5042597B2 JP 5042597 B2 JP5042597 B2 JP 5042597B2 JP 2006309974 A JP2006309974 A JP 2006309974A JP 2006309974 A JP2006309974 A JP 2006309974A JP 5042597 B2 JP5042597 B2 JP 5042597B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrating piece
piezoelectric vibrating
piezoelectric
manufacturing
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006309974A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008131062A (en
Inventor
宏樹 岩井
孝弘 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Dempa Kogyo Co Ltd filed Critical Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority to JP2006309974A priority Critical patent/JP5042597B2/en
Publication of JP2008131062A publication Critical patent/JP2008131062A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5042597B2 publication Critical patent/JP5042597B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、圧電振動片の形状の製造方法に関し、詳細にはウェットエッチングされた圧電振動片をレーザー加工することによりきれいな断面形状の圧電振動片を製造する製造方法、この製造方法によって製造された圧電振動片および圧電デバイスに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a shape of a piezoelectric vibrating piece, and more specifically, a manufacturing method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece having a clean cross-sectional shape by laser processing a wet-etched piezoelectric vibrating piece, and the manufacturing method. The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device.

従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やOA機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とICチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。また、船舶・航空機・自動車等の姿勢制御や航行制御、ビデオカメラ等の手振れ防止・検出等における回転角速度センサとして、圧電振動ジャイロが広く利用され、3次元立体マウス等の回転方向センサにも応用されている。   Conventionally, in consumer and industrial electronic devices such as watches, home appliances, various information / communication devices and OA devices, a piezoelectric vibrator, a piezoelectric vibrating piece and an IC chip are sealed in the same package as a clock source for the electronic circuit. Piezoelectric devices such as stopped oscillators and real-time clock modules are widely used. Piezoelectric vibratory gyros are widely used as rotational angular velocity sensors for attitude control and navigation control of ships, airplanes, automobiles, etc., and camera shake prevention / detection of video cameras, etc. Has been.

特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いCI(クリスタルインピーダンス)値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。CI値を低く保持するために、たとえば振動腕構造を有する音叉型圧電振動片が開発されている。このような音叉型圧電振動片は、たとえば特許文献1に記載されたものが知られている。   In particular, these piezoelectric devices have recently been required to be further reduced in size and thickness as the electronic equipment on which they are mounted is reduced in size and thickness. In addition, there is a demand for a piezoelectric device that secures a low CI (crystal impedance) value and has high quality and excellent stability. In order to keep the CI value low, for example, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having a vibrating arm structure has been developed. As such a tuning fork type piezoelectric vibrating piece, for example, one described in Patent Document 1 is known.

この音叉型圧電振動片は、たとえば水晶のような圧電単結晶材料からなるウエハを、フォトリソグラフィ技術によって露光した後、水晶用エッチング液に浸す。このウェットエッチングすることにより、音叉型の圧電振動片の外形を加工している。具体的には、水晶ウエハの両面に耐蝕膜を形成しかつその上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜上に音叉型の圧電振動片の外形に対応する同一の形状パターンを有するフォトマスクを配置し、露光・現像して耐蝕膜表面を露出させる。そして、耐蝕膜表面をエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させる。   In this tuning fork type piezoelectric vibrating piece, for example, a wafer made of a piezoelectric single crystal material such as quartz is exposed by a photolithography technique, and then immersed in an etching solution for quartz. By performing this wet etching, the outer shape of the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece is processed. Specifically, a corrosion resistant film is formed on both surfaces of a quartz wafer, and a photoresist is applied and dried thereon to form a resist film. Then, a photomask having the same shape pattern corresponding to the outer shape of the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece is disposed on the resist film, and exposed and developed to expose the surface of the corrosion-resistant film. Then, the surface of the quartz wafer is exposed by removing the surface of the corrosion-resistant film with an etching solution.

次に、水晶ウエハの露出表面を水晶用エッチング液でエッチングし、振動腕を含む振動片の外形形状を加工する。水晶ウエハは、たとえば水晶をそのX軸周りにZ軸から所定の角度θのカットアングルで切り出したものを使用する。音叉型の圧電振動片は、振動腕の長手方向、幅方向および厚み方向を水晶の結晶構造の機械軸と呼ばれるY軸、電気軸と呼ばれるX軸および光学軸と呼ばれるZ軸にそれぞれ対応させて配向される。したがって、振動腕の幅方向はX軸方向に一致する。
特開2003−258331号公報
Next, the exposed surface of the quartz wafer is etched with a quartz etching solution to process the outer shape of the vibrating piece including the vibrating arm. As the quartz wafer, for example, a quartz wafer cut out from the Z axis at a predetermined angle θ around the X axis is used. A tuning-fork type piezoelectric vibrating piece has a longitudinal direction, a width direction, and a thickness direction of a vibrating arm corresponding to a Y axis called a mechanical axis, an X axis called an electric axis, and a Z axis called an optical axis of a crystal structure of a crystal. Oriented. Therefore, the width direction of the vibrating arm coincides with the X-axis direction.
JP 2003-258331 A

しかし、圧電振動片はエッチング異方性を有する水晶等の圧電単結晶材料で形成されるため、ウェットエッチングした振動腕がその結晶配向によって中心線に関して非対称になる。特に水晶はそのエッチング速度が結晶軸依存性を有し、振動腕の幅方向(+X方向)にエッチングされ易いため、振動腕の断面は理想的な矩形ではなく、非対称な断面形状になる。   However, since the piezoelectric vibrating piece is formed of a piezoelectric single crystal material such as quartz having etching anisotropy, the wet-etched vibrating arm becomes asymmetric with respect to the center line due to its crystal orientation. In particular, the etching rate of crystal is dependent on the crystal axis and is easily etched in the width direction (+ X direction) of the vibrating arm. Therefore, the cross-section of the vibrating arm is not an ideal rectangle but an asymmetric cross-sectional shape.

このため、励振時に振動腕がX方向に振動するだけでなくZ方向にも振動して、ねじりモーメントが発生して歪みエネルギの損失を生じる。そして、この圧電振動片の歪みエネルギの損失が大きくなると、その固有振動数即ち発振周波数が低下し、かつ固有振動数のばらつきが大きくなるという問題がある。また、上述した圧電振動片の外形加工において、振動腕の側面部に電極を形成することが困難となる問題も生じる。   For this reason, the vibrating arm not only vibrates in the X direction during excitation, but also vibrates in the Z direction, generating a torsional moment and causing loss of strain energy. When the distortion energy loss of the piezoelectric vibrating piece increases, there is a problem that the natural frequency, that is, the oscillation frequency decreases, and the variation of the natural frequency increases. Further, in the above-described outer shape processing of the piezoelectric vibrating piece, there is a problem that it is difficult to form an electrode on the side surface portion of the vibrating arm.

本発明の目的は、圧電振動片の側面部の断面がきれいな矩形形状にする圧電振動片の製造方法を提供することである。そして、その圧電振動片の製造方法は、圧電振動片の生産性を高めることである。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece in which the cross section of the side surface of the piezoelectric vibrating piece has a clean rectangular shape. And the manufacturing method of the piezoelectric vibrating piece is to increase the productivity of the piezoelectric vibrating piece.

本発明の第1の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、上記目的を達成するために、エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程と、この記圧電材料に圧電振動片を形成するため、圧電材料をウェットエッチングする工程と、このウェットエッチングされた圧電振動片の側面部にレーザー光を照射して、側面部の一部を除去するレーザー加工の工程と、を有する。
この構成によれば、エッチング異方性を有する圧電材料から圧電振動片の外形をウェットエッチングで加工すると、圧電振動片の断面形状は非対称となり側面部の一部が突き出た形状となる。しかし、側面部の一部をレーザー光で除去することによって、かかる断面形状の非対称を解消または改善することができる。したがって、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、安定した屈曲運動を繰り返すことが可能になる。また、ウェットエッチングを行わず直接レーザー光で圧電振動片の外形を加工することも考えられるが、その方法だと、非常に時間がかかることになる。一方、第1の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、断面が非対称の側面部のみをレーザー光で加工するため生産性が高い。
In order to achieve the above object, a manufacturing method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to a first aspect of the present invention includes a step of preparing a flat plate piezoelectric material having etching anisotropy, and a piezoelectric vibrating piece on the piezoelectric material. In order to form the substrate, there are a step of wet etching the piezoelectric material and a laser processing step of irradiating the side surface of the wet-etched piezoelectric vibrating piece with laser light to remove a part of the side surface.
According to this configuration, when the outer shape of the piezoelectric vibrating piece is processed by wet etching from a piezoelectric material having etching anisotropy, the cross-sectional shape of the piezoelectric vibrating piece becomes asymmetric and a part of the side surface portion protrudes. However, by removing a part of the side surface portion with laser light, the asymmetry of the cross-sectional shape can be eliminated or improved. Therefore, loss of distortion energy due to vibration leakage can be prevented, and stable bending motion can be repeated. In addition, it is conceivable to process the outer shape of the piezoelectric vibrating reed directly with laser light without performing wet etching. However, this method takes a very long time. On the other hand, the manufacturing method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece according to the first aspect has high productivity because only the side surface portion having an asymmetric cross section is processed with laser light.

本発明の第2の観点によれば、圧電振動片は、少なくも二本の振動腕を有する音叉型の圧電振動片であり、レーザー加工の工程は、二本の振動腕の側面部に対してレーザー加工を行う。
このような構成によると、圧電振動片は二本の振動腕を有した音叉型の圧電振動片である。音叉型の圧電振動片は、励振時に振動腕のみ振動し基部は振動しない。このため、振動腕の側面部のみをレーザー光で加工することで、励振時に振動腕の幅方向にのみ振動し他の方向には振動しない振動腕にすることができる。振動腕は、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止し、安定して屈曲振動を繰り返すことが可能になる。また、振動腕の側面部に対してのみレーザー光による加工を行えばよいので生産性を上げることができる。
According to the second aspect of the present invention, the piezoelectric vibrating piece is a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece having at least two vibrating arms, and the laser processing step is performed on the side surfaces of the two vibrating arms. Laser processing.
According to such a configuration, the piezoelectric vibrating piece is a tuning fork-type piezoelectric vibrating piece having two vibrating arms. The tuning fork type piezoelectric vibrating piece vibrates only the vibrating arm and does not vibrate the base portion when excited. For this reason, by processing only the side surface portion of the vibrating arm with laser light, a vibrating arm that vibrates only in the width direction of the vibrating arm during excitation and does not vibrate in other directions can be obtained. The vibrating arm can prevent loss of distortion energy due to vibration leakage and stably repeat bending vibration. In addition, the productivity can be increased because the laser beam only needs to be processed on the side surface of the vibrating arm.

また、本発明の第3の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、圧電材料に対して耐蝕膜を成膜する工程と、耐蝕膜にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に圧電振動片の形状を露光する工程と、を有し、この露光の工程後、ウェットエッチングの工程を行う。
このような構成によると、耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の少なくとも一面に形成されている。この状態の圧電材料に対してレーザー光が照射されることになる。圧電材料の側面部の一部を除去する際に、誤って圧電材料の一面にレーザー光が照射されても、耐蝕膜およびレジスト膜が存在するために、直ちに圧電材料までレーザー光が到達しない。このため、その圧電振動片が不良品になるおそれが少なくなる。
A manufacturing method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to a third aspect of the present invention includes a step of forming a corrosion-resistant film on a piezoelectric material, a step of forming a resist film on the corrosion-resistant film, and a piezoelectric vibration on the resist film. And a step of exposing the shape of the piece. After this exposure step, a wet etching step is performed.
According to such a configuration, the corrosion-resistant film and the resist film are formed on at least one surface of the piezoelectric material. Laser light is irradiated to the piezoelectric material in this state. When removing a part of the side surface portion of the piezoelectric material, even if laser light is accidentally irradiated on one surface of the piezoelectric material, the laser light does not immediately reach the piezoelectric material because the corrosion-resistant film and the resist film exist. For this reason, the possibility that the piezoelectric vibrating piece becomes a defective product is reduced.

本発明の第4の観点によれば、レーザー加工の工程は、圧電振動片に保護マスクを配置してからレーザー光を照射する。
耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の表面から除去された状態で、誤って圧電材料の表面にレーザー光が照射されると、圧電振動片は不良品となってしまう。これを防ぐために、この構成によれば、圧電振動片に保護マスクを配置することで直ちに不良品となることはない。また、耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の表面に存在している場合であっても、保護マスクを配置すれば、誤ってレーザー光が照射された場合に確実に圧電振動片を保護できる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the laser processing step, the protective mask is disposed on the piezoelectric vibrating piece and then the laser beam is irradiated.
If the surface of the piezoelectric material is accidentally irradiated with laser light in a state where the corrosion resistant film and the resist film are removed from the surface of the piezoelectric material, the piezoelectric vibrating piece becomes a defective product. In order to prevent this, according to this configuration, a protective mask is not disposed immediately on the piezoelectric vibrating piece. Even when the corrosion-resistant film and the resist film are present on the surface of the piezoelectric material, if the protective mask is disposed, the piezoelectric vibrating piece can be reliably protected when the laser beam is accidentally irradiated.

本発明の第5の観点によれば、レーザー加工の工程は、所定の範囲内ではレーザー光を走査し、所定の範囲外では圧電材料を載置するステージを移動させて、圧電振動片の側面部にレーザー光を照射する。
この構成により、所定の範囲内ではレーザー光を走査するので、圧電振動片の側面部に高速にかつ正確にレーザー光を照射することができる。一方、所定の範囲外では、ステージを移動させることでレーザー光が照射できる領域に圧電振動片を移動させることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, in the laser processing step, the laser beam is scanned within a predetermined range, and the stage on which the piezoelectric material is placed is moved outside the predetermined range. Irradiate the part with laser light.
With this configuration, since the laser beam is scanned within a predetermined range, the side surface of the piezoelectric vibrating piece can be irradiated with the laser beam at high speed and accurately. On the other hand, outside the predetermined range, the piezoelectric vibrating piece can be moved to a region where the laser beam can be irradiated by moving the stage.

本発明の第6の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、レーザー光は、フェムト秒レーザーである。
フェムト秒レーザーは、多光子吸収プロセスにより、熱を介在せずに精密な加工を実現することができるため、数ミリメートル以下の大きさである圧電振動片の加工には最適である。
In the manufacturing method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece according to the sixth aspect of the present invention, the laser beam is a femtosecond laser.
The femtosecond laser is suitable for processing a piezoelectric vibrating piece having a size of several millimeters or less because it can realize precise processing without heat by a multiphoton absorption process.

本発明の第7の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、圧電材料が水晶基板を含む。
圧電材料が水晶で圧電振動片が音叉型である場合、振動腕の長手方向、幅方向および厚み方向をそれぞれ水晶のY軸方向、X軸方向およびZ軸方向に対応させて配向する。そして、水晶は+X方向のエッチングレートが高いので、振動腕の断面形状が非対称になる。このため、レーザー光を側面部に照射して側面部の一部を除去すれば、その振動腕におけるバランスを良好に確保することができる。
In the manufacturing method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece according to the seventh aspect of the present invention, the piezoelectric material includes a quartz substrate.
When the piezoelectric material is quartz and the piezoelectric vibrating piece is a tuning fork type, the longitudinal direction, the width direction, and the thickness direction of the vibrating arm are oriented corresponding to the Y-axis direction, the X-axis direction, and the Z-axis direction of the crystal, respectively. Since quartz has a high etching rate in the + X direction, the cross-sectional shape of the vibrating arm is asymmetric. For this reason, if a laser beam is irradiated to a side part and a part of side part is removed, the balance in the vibrating arm can be ensured favorable.

本発明の第8の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、第7の観点において、水晶基板がエッチング異方性を逆方向にした二枚の水晶基板をシロキサン結合させた基板を含む。
ジャイロ用の圧電振動片は、二枚の水晶基板を結合させた圧電材料から製造されることがある。このような結合水晶基板をウェットエッチングするとエッチング異方性の影響を大きく受ける。このような結合水晶基板に対しては、振動片の幅方向の断面の非対称をレーザー光による加工で、きれいな矩形形状の断面にすることで、安定した振動特性を発揮する圧電振動片を製造することができる。
A manufacturing method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to an eighth aspect of the present invention includes, in the seventh aspect, a substrate in which two quartz substrates whose etching anisotropies are opposite to each other are bonded to each other by siloxane bonding.
A piezoelectric vibrating piece for a gyro may be manufactured from a piezoelectric material in which two quartz substrates are combined. When such a bonded quartz substrate is wet etched, it is greatly affected by etching anisotropy. For such a bonded quartz substrate, a piezoelectric resonator element that exhibits stable vibration characteristics is manufactured by making the cross-section asymmetry in the width direction of the resonator element into a clean rectangular cross section by processing with laser light. be able to.

本発明のその他の観点によれば、上述した観点の製造方法により製造された圧電振動片またはさらにパッケージングした圧電デバイスは、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して安定した屈曲運動を繰り返す圧電振動片または圧電デバイスとして、高品質なものとなる。   According to another aspect of the present invention, a piezoelectric vibrating piece manufactured by the manufacturing method according to the above-described aspect or a further packaged piezoelectric device repeats a stable bending motion while preventing loss of strain energy due to vibration leakage. As a piezoelectric vibrating piece or a piezoelectric device, high quality is obtained.

本発明によれば、断面形状がきれいな矩形形状にする工程を、ウェットエッチング後にレーザー光によって行う。ウェットエッチングを行わないでレーザー加工するよりも、生産性が高く、歩留まり良く、低コストで製造することができる。
また、圧電振動片のエッチング異方性による断面の非対称性の原因となる側面部の一部を除去して、きれいな矩形形状の断面とすることができる。このため、励振時における厚み方向の変位を解消または抑制できるため、振動の漏れによる歪みエネルギの損失が防止され、安定した屈曲振動を確保できる。したがって、圧電振動片はCI値の抑制による高性能化に加えて、非常に安定した振動特性を実現することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
According to the present invention, the step of forming a rectangular shape with a clean cross-sectional shape is performed by laser light after wet etching. Compared with laser processing without wet etching, the productivity is higher, the yield is higher, and the manufacturing can be performed at lower cost.
In addition, a part of the side surface that causes the asymmetry of the cross section due to the etching anisotropy of the piezoelectric vibrating piece can be removed to obtain a clean rectangular cross section. For this reason, since displacement in the thickness direction during excitation can be eliminated or suppressed, loss of strain energy due to vibration leakage can be prevented, and stable bending vibration can be secured. Therefore, the piezoelectric vibrating piece can realize very stable vibration characteristics in addition to high performance by suppressing the CI value.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<圧電振動デバイスの構成>
図1(a)および図1(b)は、本発明のエッチング方法の実施形態としての製造方法を適用した圧電振動デバイス50の図である。図1(a)は圧電振動デバイス50の透視した概略平面図、図1(b)は図1(a)のB−B線概略断面図である。図1において、圧電振動デバイス50は、音叉形状の圧電振動片20を構成した例を示しており、圧電振動デバイス50は、パッケージ51内に圧電振動片20を収容している。パッケージ51は、たとえば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数のシートを積層し、焼結して形成されている。
<Configuration of piezoelectric vibration device>
FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams of a piezoelectric vibration device 50 to which a manufacturing method as an embodiment of the etching method of the present invention is applied. 1A is a schematic plan view of the piezoelectric vibrating device 50 seen through, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line BB of FIG. 1A. In FIG. 1, the piezoelectric vibrating device 50 shows an example in which a tuning fork-shaped piezoelectric vibrating piece 20 is configured, and the piezoelectric vibrating device 50 accommodates the piezoelectric vibrating piece 20 in a package 51. The package 51 is formed, for example, by laminating and sintering a plurality of sheets formed by forming a ceramic green sheet made of an aluminum oxide-based kneaded material as an insulating material.

この実施形態では、パッケージ51は、図1(b)に示すように、ベース基板51a、壁基板51bおよび床基板51cで構成されている。パッケージ51は、壁基板51bで覆うことで内部空間を形成し、この内部空間に圧電振動片20を収容している。そして、圧電振動片20を所定の高さで支えるように、床基板51cがベース基板51a上に配置されている。床基板51cには、たとえば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキで形成した電極部52が設けられている。   In this embodiment, the package 51 includes a base substrate 51a, a wall substrate 51b, and a floor substrate 51c as shown in FIG. The package 51 is covered with a wall substrate 51b to form an internal space, and the piezoelectric vibrating piece 20 is accommodated in the internal space. A floor substrate 51c is disposed on the base substrate 51a so as to support the piezoelectric vibrating piece 20 at a predetermined height. The floor substrate 51c is provided with, for example, an electrode portion 52 formed by nickel plating and gold plating on tungsten metallization.

この電極部52は、ベース基板51a下に形成された実装端子55と接続されている。これにより、外部から印加される駆動電圧を、実装端子55を介して電極部52に伝え、最終的に圧電振動片20に供給する。具体的には、図1(b)に示すように、この実装端子55と電極部52は、パッケージ51外部をメタライズにより引き回したり、もしくは、ベース基板51aの焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール(不図示)で接続したりすることで形成できる。ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ51を形成して、圧電振動片20を収容するようにしているが、たとえば、金属製の筒状のケース内に圧電振動片を収容し、圧電振動片と接続されたリードを外部に導出するプラグで気密に封止するようにしてもよい。   The electrode portion 52 is connected to a mounting terminal 55 formed under the base substrate 51a. Accordingly, a driving voltage applied from the outside is transmitted to the electrode unit 52 via the mounting terminal 55 and finally supplied to the piezoelectric vibrating piece 20. Specifically, as shown in FIG. 1B, the mounting terminals 55 and the electrode portions 52 are routed around the outside of the package 51 by metallization, or using tungsten metallization or the like before firing the base substrate 51a. It can be formed by connecting with the formed conductive through hole (not shown). Here, in the present embodiment, the box-shaped package 51 is formed to accommodate the piezoelectric vibrating piece 20. For example, the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a metal cylindrical case, and the piezoelectric vibrating piece 20 is accommodated. The lead connected to the resonator element may be hermetically sealed with a plug that leads to the outside.

電極部52の上には、導電性接着剤57が塗布されて、圧電振動片20の基部29が接合されている。この導電性接着剤57としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、導電性のフィラー(銀製の細粒等の導電粒子を含む)および、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。   On the electrode part 52, a conductive adhesive 57 is applied, and the base part 29 of the piezoelectric vibrating piece 20 is joined. As the conductive adhesive 57, a synthetic resin agent serving as an adhesive component that exhibits bonding strength is added with a conductive filler (including conductive particles such as silver fine particles) and a predetermined solvent. Can be used.

壁基板51bの開放された上端には、蓋体59が封止材58で接合されることにより、封止されている。蓋体59は、好ましくは、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックで形成されている。コバール等の金属材料で形成される場合には、蓋体59はシーム溶接等の手法により、壁基板51bに対して固定される。   A lid 59 is joined to the open upper end of the wall substrate 51b by a sealing material 58 to be sealed. The lid 59 is preferably formed of a ceramic made of an aluminum oxide-based kneaded material. When formed of a metal material such as Kovar, the lid 59 is fixed to the wall substrate 51b by a technique such as seam welding.

圧電振動片20は、たとえば材料は水晶で形成されており、小型で必要な性能を得るために、図2に示す形状になっている。すなわち、圧電振動片20は、導電性接着剤57と接着する基部29と、この基部29を基端として、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕を備えている。つまり、圧電振動片20は、全体が音叉のような形状とされた、いわゆる音叉型圧電振動片である。なお、本実施形態では一対の振動腕21を備えた圧電振動片20で説明するが、3本または4本の振動腕21を備えた圧電振動片20であってもよい。   The piezoelectric vibrating piece 20 is made of, for example, quartz, and has a shape shown in FIG. 2 in order to obtain a small size and necessary performance. That is, the piezoelectric vibrating piece 20 includes a base portion 29 that adheres to the conductive adhesive 57 and a pair of vibrating arms that extend in parallel with the base portion 29 as a base end. That is, the piezoelectric vibrating piece 20 is a so-called tuning fork type piezoelectric vibrating piece that is entirely shaped like a tuning fork. In the present embodiment, the piezoelectric vibrating piece 20 including the pair of vibrating arms 21 will be described. However, the piezoelectric vibrating piece 20 including three or four vibrating arms 21 may be used.

図2(a)は、圧電振動片20の拡大斜視図である。図2(b)は、図2(a)のB−B断面図である。圧電振動片20は、導電性接着剤57と接着する基部29には、下地のクロム(Cr)層に金(Au)層が覆いかぶさった引出電極22が設けられ、導電性接着剤57と電気的に接続されている。また、圧電振動片20は、第一水晶ウエハ10aと第二水晶ウエハ10bとからなり、水晶の電気軸27が互いにX軸方向に逆になるように結合されている。   FIG. 2A is an enlarged perspective view of the piezoelectric vibrating piece 20. FIG. 2B is a BB cross-sectional view of FIG. In the piezoelectric vibrating piece 20, an extraction electrode 22 in which a gold (Au) layer is covered with a base chromium (Cr) layer is provided on a base 29 that is bonded to the conductive adhesive 57. Connected. The piezoelectric vibrating piece 20 includes a first crystal wafer 10a and a second crystal wafer 10b, and is coupled so that the electric axes 27 of the crystals are opposite to each other in the X-axis direction.

基部29から延びた一対の振動腕21の表面には、引出電極22と電気的に接続される、ドライブ電極23、モニター電極24およびセンス電極25が形成されている。図2(b)において、ドライブ電極23およびセンス電極25の後に”−”(マイナス)と示したものは負極を示し、ドライブ電極23およびセンス電極25の後に”+”(プラス)と示したものは正極を示している。圧電振動片20は不図示のドライバ回路で駆動されて振動を開始するとともに、モニター電極24から振動の大きさに比例したモニター信号を発生し、それは不図示のモニター回路などを介してドライバ回路にフィードバックされる。このように圧電振動片20は閉ループを構成する不図示の駆動手段によって安定に駆動される。   A drive electrode 23, a monitor electrode 24, and a sense electrode 25 that are electrically connected to the extraction electrode 22 are formed on the surface of the pair of vibrating arms 21 that extend from the base portion 29. In FIG. 2B, “−” (minus) after drive electrode 23 and sense electrode 25 indicates a negative electrode, and “+” (plus) after drive electrode 23 and sense electrode 25. Indicates a positive electrode. The piezoelectric vibrating reed 20 is driven by a driver circuit (not shown) to start vibration and generates a monitor signal proportional to the magnitude of vibration from the monitor electrode 24, which is sent to the driver circuit via a monitor circuit (not shown). Provide feedback. In this way, the piezoelectric vibrating piece 20 is stably driven by a driving unit (not shown) that forms a closed loop.

<接合水晶ウエハの構成>
図3は、ウェットエッチングが終わった状態の接合水晶ウエハを示している。
図3(a)は、本実施形態に用いる円形の接合水晶ウエハ10の構成を示す斜視図である。この円形の接合水晶ウエハ10は、たとえば厚さ0.8mmの人工水晶からなり、円形の接合水晶ウエハ10の直径は3インチまたは4インチである。円形の接合水晶ウエハ10は、厚さ0.4mmの第一水晶ウエハ10aと厚さ0.4mmの第二水晶ウエハ10bとからなり、両者ともZ軸方向に切断されたZカットウエハが用いられている。第一水晶ウエハ10aと第二水晶ウエハ10bとは直接接合、具体的には耐熱性が優れたシロキサン結合(Si−O−Si)によって接合している。このシロキサン結合は、第一水晶ウエハ10aと第二水晶ウエハ10bとの両方の接合面を清浄な状態にしてその面同士を貼り合わせ、その後約500°Cのアニールを行うことによって結合が行われる。第一水晶ウエハ10aと第二水晶ウエハ10bとをシロキサン結合するには、互いに電気軸がX軸方向に逆になるように結合されている。つまり第一水晶ウエハ10aが+(プラス)X軸方向に、第二水晶ウエハ10bが−(マイナス)X軸方向に向くようにして結合されている。さらに、円形の接合水晶ウエハ10の軸方向が特定できるように、図3(a)に示すように、接合水晶ウエハ10の周縁部10eの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット10cが形成されている。
<Structure of bonded crystal wafer>
FIG. 3 shows the bonded crystal wafer after the wet etching is completed.
FIG. 3A is a perspective view showing a configuration of a circular bonded crystal wafer 10 used in the present embodiment. The circular bonded crystal wafer 10 is made of, for example, an artificial crystal having a thickness of 0.8 mm, and the diameter of the circular bonded crystal wafer 10 is 3 inches or 4 inches. The circular bonded crystal wafer 10 includes a first crystal wafer 10a having a thickness of 0.4 mm and a second crystal wafer 10b having a thickness of 0.4 mm, both of which are Z-cut wafers cut in the Z-axis direction. ing. The first crystal wafer 10a and the second crystal wafer 10b are directly bonded, specifically, bonded by a siloxane bond (Si—O—Si) having excellent heat resistance. This siloxane bond is formed by bonding the surfaces of both the first crystal wafer 10a and the second crystal wafer 10b to a clean state, and then bonding the surfaces together, followed by annealing at about 500 ° C. . In order to bond the first crystal wafer 10a and the second crystal wafer 10b with siloxane, the first crystal wafer 10a and the second crystal wafer 10b are bonded so that their electric axes are opposite to each other in the X-axis direction. That is, the first crystal wafer 10a is bonded in the + (plus) X-axis direction and the second crystal wafer 10b is bonded in the-(minus) X-axis direction. Further, as shown in FIG. 3A, an orientation flat for specifying the crystal direction of the crystal is formed on a part of the peripheral portion 10e of the bonded crystal wafer 10 so that the axial direction of the circular bonded crystal wafer 10 can be specified. 10c is formed.

図3(b)は、本実施形態に用いる矩形の接合水晶ウエハ15の構成を示す斜視図である。この矩形の接合水晶ウエハ15も、たとえば厚さ0.8mmの人工水晶からなり、その矩形の接合水晶ウエハ15の一辺は2インチである。矩形の接合水晶ウエハ15も、厚さ0.4mmの第一水晶ウエハ15aと厚さ0.4mmの第二水晶ウエハ15bとからなり、両者ともZ軸方向に切断されたZカットウエハが用いられ、シロキサン結合(Si−O−Si)によって接合している。また、第一水晶ウエハ15aと第二水晶ウエハ15bとをシロキサン結合するには、互いに電気軸がX軸方向に逆になるように結合されている。そして、矩形の接合水晶ウエハ15の軸方向が特定できるように、矩形の接合水晶ウエハ15の周縁部15eの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット15cが形成されている。   FIG. 3B is a perspective view showing a configuration of a rectangular bonded crystal wafer 15 used in this embodiment. The rectangular bonded crystal wafer 15 is also made of, for example, an artificial crystal having a thickness of 0.8 mm, and one side of the rectangular bonded crystal wafer 15 is 2 inches. The rectangular bonded crystal wafer 15 also includes a first crystal wafer 15a having a thickness of 0.4 mm and a second crystal wafer 15b having a thickness of 0.4 mm, both of which are Z-cut wafers cut in the Z-axis direction. And bonded by a siloxane bond (Si—O—Si). In addition, in order to bond the first crystal wafer 15a and the second crystal wafer 15b with siloxane, the first crystal wafer 15a and the second crystal wafer 15b are bonded so that their electric axes are opposite to each other in the X-axis direction. An orientation flat 15c for specifying the crystal direction of the crystal is formed on a part of the peripheral edge portion 15e of the rectangular bonded crystal wafer 15 so that the axial direction of the rectangular bonded crystal wafer 15 can be specified.

図3(a)の円形の結合水晶ウエハ10および図3(b)の結合水晶ウエハ15では、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングにより、複数の圧電振動片20が形成される。工程管理およびウエハ強度との関係で、複数の窓部18が設けられ、その窓部に複数の圧電振動片20が形成されている。図3のオリエンテーションフラット10cまたはオリエンテーションフラット15cと、各窓部18の位置および各音叉型水晶振動片20の位置が定義付けられている。したがって、後述するレーザー加工においても、オリエンテーションフラット10cまたはオリエンテーションフラット15cが位置決めの基準となる。以下の実施形態では、図3(a)に示すオリエンテーションフラット10cを有する円形の接合水晶ウエハ10で説明する。   In the circular coupled quartz wafer 10 in FIG. 3A and the coupled quartz wafer 15 in FIG. 3B, a plurality of piezoelectric vibrating pieces 20 are formed by photolithography and wet etching. A plurality of window portions 18 are provided in relation to process management and wafer strength, and a plurality of piezoelectric vibrating reeds 20 are formed in the window portions. The orientation flat 10c or the orientation flat 15c of FIG. 3 and the position of each window 18 and the position of each tuning-fork type crystal vibrating piece 20 are defined. Therefore, the orientation flat 10c or the orientation flat 15c is also a positioning reference in laser processing described later. In the following embodiment, a circular bonded crystal wafer 10 having an orientation flat 10c shown in FIG.

<ウェットエッチング後の圧電振動片の断面>
図4は、図3で示したウェットエッチング後の接合水晶ウエハ10の一つの圧電振動片20である。図4(a)は、ウェットエッチング後の圧電振動片20の斜視図である。図4(b)は(a)に示した矢印方向からみた振動腕21の断面である。図4(c)は、(b)と同様に(a)に示した矢印方向からみた振動腕21の断面であり、エッチング異方性が大きいため一対の振動腕21の側面部211が互いに連結してしまった状態を示している。
<Cross section of piezoelectric vibrating piece after wet etching>
FIG. 4 shows one piezoelectric vibrating piece 20 of the bonded crystal wafer 10 after the wet etching shown in FIG. FIG. 4A is a perspective view of the piezoelectric vibrating piece 20 after wet etching. FIG. 4B is a cross section of the vibrating arm 21 viewed from the direction of the arrow shown in FIG. FIG. 4C is a cross-section of the vibrating arm 21 as viewed from the direction of the arrow shown in FIG. 4A as in FIG. 4B. It shows the state that has been done.

水晶は、水晶用エッチング液に対してエッチング異方性を有している。特に水晶はそのエッチング速度が結晶軸依存性を有し、+X方向にエッチングされ易い。このため、単にウェットエッチングしただけでは、図2(b)で示した理想的な矩形ではなく、側面部211が尖った形状になっている。図4(b)または(c)のように、側面部211がシロキサン結合面で線対称となった台形形状が引っ付いた形状になってしまう。このため、一対の振動腕21の励振時に振動腕21の撓みがアンバランスになり、振動が振動腕21のX方向でなくZ方向にも振動することになる。このため、振動腕21は、励振時に全体としてこれを厚み方向にねじりモーメントを受け、Z方向に変位を生じながらX方向に屈曲振動することになる。この結果、振動が漏れて歪みエネルギの損失を生じたり、振動特性が不安定になったりする。これをレーザー加工装置により断面がきれいな矩形形状になるように加工する。   Crystal has etching anisotropy with respect to the crystal etching solution. In particular, the etching rate of crystal is dependent on the crystal axis and is easily etched in the + X direction. For this reason, simply by performing wet etching, the side surface portion 211 has a sharp shape instead of the ideal rectangle shown in FIG. As shown in FIG. 4B or FIG. 4C, the trapezoidal shape in which the side surface portion 211 is line symmetric with respect to the siloxane bonding surface is stuck. For this reason, when the pair of vibrating arms 21 is excited, the bending of the vibrating arms 21 becomes unbalanced, and the vibration vibrates not only in the X direction but also in the Z direction. For this reason, the vibrating arm 21 receives a torsional moment in the thickness direction as a whole at the time of excitation, and bends and vibrates in the X direction while causing displacement in the Z direction. As a result, the vibration leaks and distortion energy is lost, or the vibration characteristics become unstable. This is processed by a laser processing device so that the cross section becomes a clean rectangular shape.

<レーザー加工装置の構成>
図5は、本発明の圧電振動片20の振動腕21の一部、特に側面部211を、レーザー光LLを用いて除去(蒸散・昇華)する装置構成を示す概略図である。水晶の除去を加える圧電振動片20は、図3で示したように結合水晶ウエハ10に圧電振動片20に接続されている状態で行う。レーザー加工後に図2で示した引出電極22、ドライブ電極23、モニター電極24およびセンス電極25を形成する際に、まとめてフォトリソグラフィで処理するためである。しかし、一つ一つを不図示のパレットなどに載せて電極を形成する場合には、結合水晶ウエハ10から圧電振動片20を切り出して、一つ一つの圧電振動片20をレーザー加工してもよい。
<Configuration of laser processing equipment>
FIG. 5 is a schematic diagram showing an apparatus configuration for removing (transpiration / sublimation) a part of the vibrating arm 21 of the piezoelectric vibrating piece 20 of the present invention, in particular, the side surface portion 211 using the laser beam LL. The piezoelectric vibrating piece 20 to which the crystal is removed is performed in a state where the piezoelectric vibrating piece 20 is connected to the coupled quartz wafer 10 as shown in FIG. This is because when the extraction electrode 22, the drive electrode 23, the monitor electrode 24, and the sense electrode 25 shown in FIG. 2 are formed after the laser processing, they are collectively processed by photolithography. However, when the electrodes are formed by placing them one by one on a pallet (not shown), the piezoelectric vibrating reeds 20 are cut out from the coupled crystal wafer 10 and the individual piezoelectric vibrating reeds 20 are laser processed. Good.

何千もの圧電振動片20が接続された結合水晶ウエハ10は、ステージ124に真空吸着またはメカニカルクランプでしっかりと載置される。ステージ124は、ステージ124をXY方向に移動させるモータ125などを制御する制御回路111に接続されている。制御回路111から信号を受け取るレーザー駆動回路120は、チタンサファイアレーザーを使ったフェムト秒レーザー照射部122に接続されている。レーザー照射部122は、760nm波長のレーザー光LLを10KHzから40KHzのパルスで照射する。制御回路111から信号を受け取るXY駆動回路130は、レーザー光LLの光路に配置されるX光学ミラー131とY光学ミラー133とを駆動する。X光学ミラー131をX軸方向に移動させることにより、レーザー光LLが圧電振動片20を照射するX軸方向の位置を変化する。Y光学ミラー133をY軸方向に移動させることにより、レーザー光LLが圧電振動片20を照射するY軸方向の位置が変化する。   The bonded crystal wafer 10 to which thousands of piezoelectric vibrating pieces 20 are connected is securely placed on the stage 124 by vacuum suction or mechanical clamp. The stage 124 is connected to a control circuit 111 that controls a motor 125 that moves the stage 124 in the XY directions. A laser drive circuit 120 that receives a signal from the control circuit 111 is connected to a femtosecond laser irradiation unit 122 using a titanium sapphire laser. The laser irradiation unit 122 irradiates the laser beam LL having a wavelength of 760 nm with a pulse of 10 KHz to 40 KHz. The XY drive circuit 130 that receives a signal from the control circuit 111 drives the X optical mirror 131 and the Y optical mirror 133 that are arranged in the optical path of the laser light LL. By moving the X optical mirror 131 in the X axis direction, the position in the X axis direction where the laser beam LL irradiates the piezoelectric vibrating piece 20 is changed. By moving the Y optical mirror 133 in the Y-axis direction, the position in the Y-axis direction where the laser beam LL irradiates the piezoelectric vibrating piece 20 changes.

X光学ミラー131およびY光学ミラー133でレーザー光LLの光路をしきい値、たとえば10mm、以上の距離させることはできない。この場合に、制御回路111でモータ125を制御してステージ124を移動させる。しきい値より短い距離の場合にはX光学ミラー131とY光学ミラー133でレーザー光LLの光路を変化させて対応する。レーザー光LLを走査するように圧電振動片20の除去する側面部211をレーザートリミングすることができる。一つ一つの圧電振動片20に対しては、ステージ124を移動させることなくレーザー光LLを高速に走査することができるので、生産性を高めることができる。   The X optical mirror 131 and the Y optical mirror 133 cannot make the optical path of the laser beam LL a distance greater than a threshold, for example, 10 mm. In this case, the control circuit 111 controls the motor 125 to move the stage 124. When the distance is shorter than the threshold value, the X optical mirror 131 and the Y optical mirror 133 change the optical path of the laser beam LL. The side part 211 to be removed from the piezoelectric vibrating piece 20 can be laser trimmed so as to scan with the laser beam LL. Since each of the piezoelectric vibrating reeds 20 can be scanned with the laser light LL at high speed without moving the stage 124, productivity can be improved.

フェムト秒レーザー照射部122を使用するため、圧電振動片20の除去される微小な部分に熱を溜めることなく加工できるので、レーザー光LLにより圧電振動片20に損傷を与えてその特性を変えてしまうことがない。また、圧電振動片20の基部29に対してはレーザートリミングする必要はない。振動腕21が励振時にねじりモーメントを受けないように、X方向のみに屈曲振動すれば歪みエネルギの損失を生じたりすることがない。このため、振動腕21のみを矩形形状になるようにレーザートリミングすればよい。   Since the femtosecond laser irradiation unit 122 is used, processing can be performed without accumulating heat at a minute portion from which the piezoelectric vibrating piece 20 is removed. Therefore, the piezoelectric vibrating piece 20 is damaged by the laser beam LL and its characteristics are changed. There is no end. Further, it is not necessary to perform laser trimming on the base 29 of the piezoelectric vibrating piece 20. If the vibrating arm 21 is flexibly vibrated only in the X direction so as not to receive a torsional moment during excitation, no loss of strain energy occurs. For this reason, laser trimming may be performed so that only the vibrating arm 21 has a rectangular shape.

なお、フェムト秒レーザー照射部122からのレーザー光LLが、振動腕21の側面部211ではなく、誤って上面に照射されて圧電振動片20が不良品となってしまうことがないように、保護マスク135を必要に応じて配置してもよい。
また、フェムト秒レーザー以外に、炭酸ガスレーザーまたはグリーンレ−ザーなどを使用することも可能である。
It should be noted that the laser beam LL from the femtosecond laser irradiating unit 122 is protected so that the piezoelectric vibrating reed 20 is not defective due to being irradiated on the upper surface of the vibrating arm 21 and not the side surface 211 by mistake. The mask 135 may be arranged as necessary.
In addition to the femtosecond laser, a carbon dioxide laser or a green laser can be used.

<圧電振動片の外形形成の工程>
図6は、圧電振動片20の外形を形成するためのフローチャートである。
ステップS10では、図3で説明したように、第一水晶ウエハ10aおよび第二水晶ウエハ10bを貼り合わせて、接合水晶ウエハ10を用意する。
<Process for forming outer shape of piezoelectric vibrating piece>
FIG. 6 is a flowchart for forming the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 20.
In step S10, as described with reference to FIG. 3, the bonded crystal wafer 10 is prepared by bonding the first crystal wafer 10a and the second crystal wafer 10b.

次に、ステップS12では、接合水晶ウエハ10の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての接合水晶ウエハ10を使用する場合に、金(Au)や銀(Ag)等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム(Cr)やチタン(Ti)等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層の厚みは500オングストローム、金層の厚みも1000オングストローム程度とする。   Next, in step S12, a corrosion resistant film is formed on the entire surface of the bonded crystal wafer 10 by a technique such as sputtering or vapor deposition. That is, when using a bonded crystal wafer 10 as a piezoelectric material, it is difficult to directly form gold (Au), silver (Ag), or the like, so chromium (Cr), titanium (Ti), or the like is used as a base. use. That is, in this embodiment, a metal film in which a gold layer is stacked on a chromium layer is used as the corrosion resistant film. For example, the chromium layer has a thickness of 500 angstroms and the gold layer has a thickness of about 1000 angstroms.

ステップS14では、クロム層および金層が形成された接合水晶ウエハ10に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。   In step S14, a photoresist layer is uniformly applied to the entire surface of the bonded crystal wafer 10 on which the chromium layer and the gold layer are formed by a technique such as spin coating. As the photoresist layer, for example, a positive photoresist made of novolak resin can be used.

次に、ステップS16では、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた圧電振動片20の外形パターンをフォトレジスト層が塗布された接合水晶ウエハ10に露光する。ステップS16では、両面露光装置を使って365nmのi線の露光光を用いて両面を露光する。   Next, in step S <b> 16, the external pattern of the piezoelectric vibrating piece 20 drawn on the photomask is exposed to the bonded crystal wafer 10 coated with the photoresist layer using an exposure apparatus. In step S16, both sides are exposed using i-line exposure light of 365 nm using a double-side exposure apparatus.

ステップS18では、接合水晶ウエハ10のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層から露出した金層を、たとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第2セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。次に、フッ酸溶液を水晶用エッチング液として、フォトレジスト層および耐蝕膜から露出した水晶材料を、圧電振動片20の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約6時間ないし約15時間かかる。   In step S18, the photoresist layer of the bonded crystal wafer 10 is developed, and the exposed photoresist layer is removed. Further, the gold layer exposed from the photoresist layer is etched using, for example, an aqueous solution of iodine and potassium iodide. Next, the chromium layer exposed by removing the gold layer is etched with, for example, an aqueous solution of ceric ammonium nitrate and acetic acid. The concentration of the aqueous solution, the temperature, and the time of immersion in the aqueous solution are adjusted so that the excess portion is not eroded. Thus, the corrosion resistant film can be removed. Next, wet etching is performed on the quartz material exposed from the photoresist layer and the corrosion-resistant film so that the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 20 is obtained using a hydrofluoric acid solution as a quartz etching solution. This wet etching takes about 6 hours to about 15 hours, although the time varies depending on the concentration, type and temperature of the hydrofluoric acid solution.

ステップS20では、図5で説明したように圧電振動片20の振動腕21においてエッチング異方性により、断面が矩形でない部分にフェムト秒レーザーのレーザー光LLを照射する。そして振動腕21の断面形状をきれいな矩形に加工する。
ステップS22では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜とを除去することにより、図2の振動腕21および基部29を有する圧電振動片20が形成される。ステップS20のレーザー加工の前にフォトレジスト層および耐蝕膜を除去しない方が好ましい。レーザー光LLが圧電振動片20の振動腕21の側面部211ではなく、加工装置周辺の振動などで誤って振動腕21の上面に照射された場合でも、フォトレジスト層および耐蝕膜があるために、水晶材料までレーザー光LLが届かずに、圧電振動片20が不良品となることが少なくなるからである。つまり、図5の示した保護マスク135の役目をフォトレジスト層および耐蝕膜が請け負うからである。
In step S20, the femtosecond laser beam LL is irradiated on the portion of the vibrating arm 21 of the piezoelectric vibrating piece 20 whose cross section is not rectangular due to etching anisotropy as described with reference to FIG. Then, the cross-sectional shape of the vibrating arm 21 is processed into a clean rectangle.
In step S22, the piezoelectric layer 20 having the vibrating arm 21 and the base 29 shown in FIG. 2 is formed by removing the photoresist layer and the corrosion-resistant film that are no longer needed. It is preferable not to remove the photoresist layer and the corrosion-resistant film before the laser processing in step S20. Even when the laser beam LL is accidentally irradiated on the upper surface of the vibrating arm 21 due to vibration around the processing apparatus, not on the side surface portion 211 of the vibrating arm 21 of the piezoelectric vibrating piece 20, there is a photoresist layer and a corrosion-resistant film. This is because the laser beam LL does not reach the quartz material and the piezoelectric vibrating reed 20 is less likely to be a defective product. That is, the photoresist layer and the anticorrosion film serve as the protective mask 135 shown in FIG.

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be carried out with various modifications and changes made to the above embodiments within the technical scope thereof. . For example, in the tuning fork type piezoelectric vibrating piece of the present invention, various piezoelectric single crystal materials such as lithium niobate can be used in addition to quartz.

本実施形態では、図3で示した接合水晶ウエハ10で説明してきたが、接合しない単結晶ウエハであってもよい。図7はウェットエッチング後の水晶単結晶ウエハの一つの圧電振動片20である。図7(a)は、単結晶ウエハをウェットエッチングした後の圧電振動片20の斜視図である。図7(b)は(a)に示した矢印方向からみた振動腕21の断面である。上述してきたように、水晶は水晶用エッチング液に対してエッチング異方性を有している。水晶は、+X方向にエッチングされ易いため、図2(b)で示した理想的な矩形ではなく、図7(b)で示すように側面部の一部が+X方向に突き出た六角形状または五角形状になってしまう。したがって、本発明は、接合しない単結晶ウエハにも適用できる。   In the present embodiment, the bonded crystal wafer 10 shown in FIG. 3 has been described, but a single crystal wafer that is not bonded may be used. FIG. 7 shows one piezoelectric vibrating piece 20 of a quartz single crystal wafer after wet etching. FIG. 7A is a perspective view of the piezoelectric vibrating piece 20 after wet etching a single crystal wafer. FIG. 7B is a cross section of the vibrating arm 21 viewed from the direction of the arrow shown in FIG. As described above, the crystal has etching anisotropy with respect to the crystal etching solution. Since quartz is easily etched in the + X direction, it is not the ideal rectangle shown in FIG. 2B, but a hexagonal shape or pentagon in which a part of the side surface protrudes in the + X direction as shown in FIG. 7B. It becomes a shape. Therefore, the present invention can also be applied to a single crystal wafer that is not bonded.

また、図1と同様のパッケージ内に接着された圧電振動片20に加えて、その駆動回路等を構成するICを搭載することにより、ジャイロ、圧電発振器やリアルタイムクロックのような圧電デバイスを構成することができる。   Further, in addition to the piezoelectric vibrating piece 20 adhered in the same package as in FIG. 1, a piezoelectric device such as a gyro, a piezoelectric oscillator, or a real-time clock is configured by mounting an IC constituting its drive circuit and the like. be able to.

本発明のエッチング方法の実施形態としての製造方法を適用した圧電振動デバイス50の図である。(a)は圧電振動デバイス50の透視した概略平面図、(b)は(a)のB−B線概略断面図である。It is the figure of the piezoelectric vibration device 50 to which the manufacturing method as embodiment of the etching method of this invention is applied. (A) is the schematic plan view seen through of the piezoelectric vibration device 50, (b) is a schematic sectional drawing of the BB line of (a). (a)は、圧電振動片20の拡大斜視図である。(b)は、(a)のB−B断面図である。FIG. 4A is an enlarged perspective view of the piezoelectric vibrating piece 20. (B) is BB sectional drawing of (a). ウェットエッチングが終わった状態の結像水晶ウエハを示した図である。(a)は円形の接合水晶ウエハ10の斜視図であり、(b)は矩形の接合水晶ウエハ15の斜視図である。It is the figure which showed the imaging crystal wafer of the state after wet etching was completed. (A) is a perspective view of a circular bonded crystal wafer 10, and (b) is a perspective view of a rectangular bonded crystal wafer 15. ウェットエッチング後の接合水晶ウエハ10の一つの圧電振動片20である。(a)はウェットエッチング後の圧電振動片20の斜視図であり、(b)は(a)に示した矢印方向からみた振動腕21の一例であり、(c)も(a)に示した矢印方向からみた振動腕21の別例である。One piezoelectric vibrating piece 20 of the bonded crystal wafer 10 after wet etching. (A) is a perspective view of the piezoelectric vibrating piece 20 after wet etching, (b) is an example of the vibrating arm 21 as viewed from the arrow direction shown in (a), and (c) is also shown in (a). It is another example of the vibrating arm 21 seen from the arrow direction. 振動腕21の側面部211を、レーザー光LLを用いて除去(蒸散・昇華)する装置構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the apparatus structure which removes the side part 211 of the vibrating arm 21 using a laser beam LL (transpiration / sublimation). 圧電振動片20の外形を形成するためのフローチャートである。4 is a flowchart for forming an outer shape of a piezoelectric vibrating piece 20. (a)は、水晶単結晶ウエハをウェットエッチングした後の圧電振動片20の斜視図である。(b)は(a)に示した矢印方向からみた振動腕21の断面である。FIG. 4A is a perspective view of the piezoelectric vibrating piece 20 after wet etching a quartz single crystal wafer. (B) is the cross section of the vibrating arm 21 seen from the arrow direction shown to (a).

符号の説明Explanation of symbols

10、15 …… 結合水晶ウエハ
20 …… 音叉型の圧電振動片、
21 …… 振動腕
211 …… 側面部
23 …… ドライブ電極
24 …… モニター電極
25 …… センス電極
29 …… 基部
50 …… 圧電デバイス
55 …… 実装端子
57 …… 接着剤
58 …… 封止材
59 …… 蓋体
111 …… 制御回路
120 …… レーザー駆動回路
122 …… フェムト秒レーザー照射部
130 …… XY駆動回路
131 …… X光学ミラー
133 …… Y光学ミラー
135 …… 保護マスク
LL …… レーザー光
10, 15 ... Bonded crystal wafer 20 ... Tuning fork type piezoelectric vibrating piece,
21 ...... Vibrating arm 211 ...... Side surface 23 ...... Drive electrode 24 ...... Monitor electrode 25 ...... Sense electrode 29 ...... Base 50 ...... Piezoelectric device 55 ...... Mounting terminal 57 ...... Adhesive 58 ...... Sealing material 59 ... Lid 111 ... Control circuit 120 ... Laser drive circuit 122 ... Femtosecond laser irradiation unit 130 ... XY drive circuit 131 ... X optical mirror 133 ... Y optical mirror 135 ... Protective mask LL ... Laser light

Claims (7)

所定形状の圧電振動片を製造する製造方法において、
エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程と、
前記圧電材料に前記圧電振動片を形成するため、前記圧電材料をウェットエッチングする工程と、
このウェットエッチングされた圧電振動片の側面部にレーザー光を照射して、前記側面部の一部を除去するレーザー加工の工程と、を有し、
前記レーザー加工の工程は、前記圧電振動片にウェットエッチングする工程にて用いられたフォトレジスト層および耐蝕膜を除去することなく、前記レーザー光を照射することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
In a manufacturing method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece having a predetermined shape,
Preparing a flat piezoelectric material having etching anisotropy;
Wet-etching the piezoelectric material to form the piezoelectric vibrating piece in the piezoelectric material;
A laser processing step of irradiating the side surface portion of the wet-etched piezoelectric vibrating piece with laser light to remove a part of the side surface portion, and
The laser processing steps, without removing the photoresist layer and corrosion-resistant film used in the step of wet etching the piezoelectric resonator element, a manufacturing method of a piezoelectric vibrating piece and then irradiating the laser beam .
前記圧電振動片は、少なくも二本の振動腕を有する音叉型の圧電振動片であり、前記レーザー加工の工程は、前記二本の振動腕の側面部に対してのみレーザー加工を行うことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。   The piezoelectric vibrating piece is a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece having at least two vibrating arms, and the laser processing step performs laser processing only on a side surface portion of the two vibrating arms. The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein: 前記圧電材料に対して耐蝕膜を成膜する工程と、
前記耐蝕膜にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に前記圧電振動片の形状を露光する工程と、を有し、
この露光の工程後、前記ウェットエッチングの工程を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電振動片の製造方法。
Forming a corrosion-resistant film on the piezoelectric material;
Forming a resist film on the corrosion-resistant film;
Exposing the shape of the piezoelectric vibrating piece to the resist film,
The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2, wherein the wet etching step is performed after the exposure step.
前記レーザー光は、レーザー照射部から第1方向に前記レーザー光を走査させる第1ミラー及び前記第1方向にと交差する第2方向に前記レーザー光を操作させる第2ミラーを介して、前記圧電振動片の側面部に照射され、
前記レーザー加工の工程は、前記第1ミラー及び前記第2ミラーの走査範囲内では前記レーザー光を走査し、前記第1ミラー及び前記第2ミラーの走査範囲外では前記圧電材料を載置するステージを移動させて、前記圧電振動片の側面部にレーザー光を照射することを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。
The laser beam is transmitted through the first mirror that scans the laser beam in a first direction from a laser irradiation unit and the second mirror that operates the laser beam in a second direction that intersects the first direction. Irradiated to the side of the vibrating piece,
In the laser processing step, the laser beam is scanned within the scanning range of the first mirror and the second mirror, and the piezoelectric material is placed outside the scanning range of the first mirror and the second mirror. The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the side surface portion of the piezoelectric vibrating piece is irradiated with laser light.
前記レーザー光は、フェムト秒レーザーであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the laser beam is a femtosecond laser. 前記圧電材料が水晶基板を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the piezoelectric material includes a quartz substrate. 前記水晶基板がエッチング異方性を逆方向にした二枚の水晶基板をシロキサン結合させた基板を含むことを特徴とする請求項6に記載の圧電振動片の製造方法。
7. The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 6, wherein the quartz substrate includes a substrate in which two quartz substrates having opposite etching anisotropy are bonded with siloxane.
JP2006309974A 2006-11-16 2006-11-16 Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device Expired - Fee Related JP5042597B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006309974A JP5042597B2 (en) 2006-11-16 2006-11-16 Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006309974A JP5042597B2 (en) 2006-11-16 2006-11-16 Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008131062A JP2008131062A (en) 2008-06-05
JP5042597B2 true JP5042597B2 (en) 2012-10-03

Family

ID=39556528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006309974A Expired - Fee Related JP5042597B2 (en) 2006-11-16 2006-11-16 Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5042597B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5166168B2 (en) * 2008-08-21 2013-03-21 京セラクリスタルデバイス株式会社 How to adjust the external shape of the crystal
JP7265796B2 (en) * 2021-07-30 2023-04-27 neten株式会社 Crystal equipment and crystal accessories
CN113629187B (en) * 2021-08-04 2024-01-02 北京航空航天大学 Photoelectric nerve synapse memristor

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57166399A (en) * 1981-03-31 1982-10-13 Citizen Watch Co Ltd Preparation of quartz vibrator
JPH03281792A (en) * 1990-03-29 1991-12-12 Seiko Epson Corp Dry etching method
JPH10290135A (en) * 1997-04-15 1998-10-27 Seiko Epson Corp Etching method for quartz substrate
JP2001122697A (en) * 1999-10-26 2001-05-08 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Method of producing quartz element by direct bonding
JP2002160079A (en) * 2000-11-30 2002-06-04 Laser Gijutsu Sogo Kenkyusho Method and device for ablation working of thin film
JP4771348B2 (en) * 2001-05-14 2011-09-14 日東電工株式会社 Manufacturing method of optical path conversion film and liquid crystal display device
JP2003017965A (en) * 2001-07-04 2003-01-17 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Manufacturing method for quartz vibrator
JP3809112B2 (en) * 2002-02-28 2006-08-16 松下電器産業株式会社 Manufacturing method of tuning fork vibrator
JP2004093158A (en) * 2002-08-29 2004-03-25 Kinseki Ltd Piezoelectric vibration type inertia sensor element and its manufacturing method, and laser machining apparatus
JP2004351494A (en) * 2003-05-30 2004-12-16 Seiko Epson Corp Drilling method for material transparent to laser
JP2004364134A (en) * 2003-06-06 2004-12-24 Seiko Epson Corp Crystal vibration chip, crystal vibrator, electronic apparatus and its manufacturing method
JP2005094670A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Manufacturing method of tuning fork type crystal oscillator
JP3797355B2 (en) * 2003-10-22 2006-07-19 セイコーエプソン株式会社 Method for manufacturing piezoelectric vibrator
JP2005318334A (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Kyocera Kinseki Corp Piezoelectric oscillator and method for manufacturing the same
JP4075893B2 (en) * 2004-05-21 2008-04-16 セイコーエプソン株式会社 Quartz crystal manufacturing method, apparatus and crystal resonator
JP2006166275A (en) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Epson Corp Method of manufacturing crystal device
JP2007208670A (en) * 2006-02-02 2007-08-16 Citizen Holdings Co Ltd Method for manufacturing crystal device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008131062A (en) 2008-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5059399B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4415389B2 (en) Piezoelectric device
JP4885206B2 (en) Tuning fork type piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
US7368861B2 (en) Piezoelectric resonator element and piezoelectric device
KR100802865B1 (en) Piezoelectric resonator element and piezoelectric device
JP4442521B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP5216288B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, method for manufacturing piezoelectric device
JP4629094B2 (en) Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device and manufacturing method thereof
JP4714770B2 (en) Tuning fork type piezoelectric vibrating piece and method for manufacturing tuning fork type piezoelectric vibrating piece
JP2007258918A (en) Piezoelectric device
JP4301201B2 (en) Piezoelectric oscillator
JP2007258917A (en) Piezoelectric device
JP2009060478A (en) Manufacturing method of piezoelectric vibration chip, and tuning fork type piezoelectric vibration chip
JP2008131527A (en) Tuning fork type piezoelectric vibration chip and piezoelectric device
JP3941736B2 (en) Quartz vibrating piece, manufacturing method thereof, quartz crystal device using quartz crystal vibrating piece, mobile phone device using quartz crystal device, and electronic apparatus using quartz crystal device
JP5042597B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4784168B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4102839B2 (en) Tuning fork type crystal vibrating piece manufacturing method, crystal vibrating device manufacturing method, tuning fork type crystal vibrating piece and crystal vibrating device
JP2018165644A (en) Frequency adjustment method for vibration element, manufacturing method for vibration element, and vibration element
JP2009152988A (en) Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device and manufacturing methods for them
JP2007267288A (en) Manufacturing method of tuning fork crystal vibrator, and quartz oscillation device
JP2008131486A (en) Process for producing tuning fork type crystal vibration chip and process for fabricating crystal oscillating device, and tuning fork type crystal vibration chip and crystal oscillating device
JP2010283805A (en) Manufacturing method of manufacturing tuning fork type piezoelectric vibration piece, tuning fork type piezoelectric vibration piece, and piezoelectric vibration device
JP2008113380A (en) Method for manufacturing crystal vibrator, crystal vibrator, and electronic component
JP2017207283A (en) Manufacturing method for vibration element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110805

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120326

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120524

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120618

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120711

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150720

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150720

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees